电流互感器极性以及相序对励磁装置的影响分析

刘 晖

(南京汽轮电机集团南京汽轮电力控制有限公司，江苏南京 210000)

0 引言

励磁调节器是发电机励磁系统的重要组成部分，其信号采集的正确与否直接影响发电机能否安全可靠运行。

现在的励磁调节器一般通过发电机机端电压互感器和电流互感器，采集发电机机端的电压和电流信号，再通过调节器内部信号转换，来达到对发电机的精确控制。同时，可以在调节器显示屏上显示发电机实时的电压、电流、有功、无功、功率因素等参数。

1 技术原理

以南京汽轮电机集团生产DVR-3000励磁调节器为例，其控制原理图如图1所示。

该励磁调节器采集电压互感器和电流互感器的二次值用于调节。一般电厂发电机电压互感器二次值为100 V或者105 V，电流互感器的二次值一般为1 A或者5 A。

图1 控制原理图

由于调节器的CPU处理不了强电信号，所以采集到的电压电流信号首先要通过调节器的内部A/D转换单元转化为弱电信号，以供CPU使用。二次电压值转化为0～5 V，二次电流值转换为0～5 V。其次把采集到的交流信号转换成等频率的脉冲信号，转换原理图如图2所示。

图2 转换原理图

在发电机正常运行，电流互感器和电压互感器采样正确时，电流滞后发电机一个角度φ，励磁系统调节器CPU经过内部计算(一般测量AB相的电压与C相电流的夹角)，算出功率因数角φ，以用于计算功率因数和发电机有功无功等。当互感器相序接错时，电压和电流的夹角不正确，所以算出的数值也不是实际的值(注：一般调节器先算出发电机的功率因数角，当功率因数角不是固定值时，调节器认为相序有问题，有的调节器会默认显示0)。

发电机新机组在现场第一次开机，或旧的机组更换互感器再次开机并网时，励磁调节器投入运行，增加发电机励磁，发电机机端电压缓慢上升，这时，我们可以用相序表测出发电机的相序。由于发电机没有并网，此时发电机机端没有电流，所以此时我们是无法判断发电机电流互感器接线是否正确。

2 理论分析

2.1 发电机励磁的作用

2.1.1 发电机机端电压控制

2.1.1.1 发电机并网前，可以通过增减励磁来改变发电机出口电压。

2.1.1.2 发电机并网后，由于发电机调差的存在，可以通过调节励磁电流来维持发电机机端电压的给定水平。

2.1.2 发电机无功功率的分配

2.1.2.1 单台发电机和无穷大系统并列运行，可以通过调节励磁电流来实现发电机无功功率的调节。

2.1.2.2 多台发电机并联运行时，由于发电机并联运行的母线并不是无限大母线，母线电压将随着负荷波动而改变。电厂输出无功功率与它的母线电压水平有关，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机的电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。因此同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。

2.1.3 其他任务

励磁系统除了上述两个基本任务外，还担负着其他重要的任务，比如：提高发电机并联运行的稳定性、强行励磁以改善电力系统运行条件等。

由于发电机励磁对于发电机运行有着至关重要的作用，所以一旦励磁系统的采集信号出现差错，发电机的有功、无功、功率因数等参数将出错，直接影响发电机的安全运行。一旦发电机出现大的事故，有可能直接影响局部电网的运行安全。

2.2 理论计算

知道了调节器的采样理论，我们就可以运用向量知识，分析出在电压互感器接线正确，电流互感器在不同相序接线方式下的理论有功、无功和功率因数的值。

我们分析三相电流在下面七种不同的接线方式即顺序依次为ABC;ACB;BAC;BCA;CAB;CBA和电流进出线反向时对应的各参数值。具体分析如下表1所示。

表1 各种情况向量图以及理论参数值

续表1 各种情况向量图以及理论参数值

3 实验验证

为了进一步验证分析是否准确，我们用继电保护仪对励磁调节器进行静态试验。南京汽轮电机集团供外蒙古的一台12 MW汽轮发电机，发电机线电压U=6.3 kV，电流I=1.37 kV，功率因数为0.8，电压互感器和电流互感器由大连设计院选型，电压互感器为6 000/100 V，电流互感器为2 000/5 A。为计算方便，我们设定发电机机端电流滞后机端电压30°。电压互感器接线正确，电流互感器接线在不同相序下，试验结果显示，在不同的电流相序下，励磁装置显示的参数和上述状况进行向量分析是一致的。

4 实际应用以及实例解析

4.1 实际应用

发电机并网之前，通过增加励磁电流建立发电机机端电压，在空载状态下，我们可以通过相序表准确测出电压互感器的相序。但定子电流只有在发电机并网带上负荷后才有。为了机组安全，发电机初次并网建议在励磁电流闭环，并上网之后。观察发电机有功无功显示是否正常，如有意外，根据以上分析，我们可以快速分析出定子电流互感器出现的问题，能够快速的解决问题，同时也保证了机组的安全。

4.2 实例分析

国内某一电厂，由于安装人员的疏忽，在安装接线时，把电流互感器的极性接错，发电机并网后，有功无功显示为负值。当励磁调节器检测到无功低于设定值时，其低励限制动作，调节器自动增加励磁。随着励磁电流的增加，无功进一步增加，但由于显示为负值，励磁调节器依然判定为低励，继续增加励磁，导致恶性循环，直到误强励保护动作。

5 结论

电流互感器CT极性对励磁系统的重要性，主要体现在设计励磁装置保护、调节逻辑过程中所使用的参数计算与CT采集的无功电流有关。如果CT极性接线错误，采集到的CT无功电流不是实际的无功电流，则励磁装置在调节过程中会与需要实际调节的期望值相反，导致励磁装置的错误调节。调节器采样发生错误是，有可能会引发事故，因此在励磁装置的投运及检修过程中，须对CT的极性进行严格校验，防止CT极性接线错误造成励磁装置的错误调节，导致对电网及设备的损害。